一次性生物反应器的发展始于上世纪六十年代，最初用于小规模细胞培养实验。1980年代，随着生物技术和生物制药的兴起，其开始应用于生物制药领域。1990年代，一次性生物反应器的种类和规格逐渐增多，适用范围扩大。自2008年起，更是出现了各种体积的一次性生物反应器，现其已广泛应用在生物制药从研发到生产的各阶段。
过去主流的一次性生物反应器主要以国外品牌为主，如Cytiva、赛多利斯、赛默飞等，随着“卡脖子”技术攻关，国产替代进口的时代已经到来，如国内中生天信和深耕生物反应器领域多年，完成了一次性生物反应器的自主研发。在此领域，中生天信和已获得多项专利，对50/200/500L等培养体积的生物反应器均有非常丰富的研发、生产、验证经验，并可按需定制，覆盖了从工艺、开发到规模化生产的需求，可广泛的应用于抗体、疫苗、细胞治疗/基因治疗等领域多工艺类型的上游细胞培养，深受各大研究院校、研发实验室、疫苗研发及生产企业青睐。根据Grand view research报告，2022年全球一次性生物反应器的市场规模为33.041亿美元，预计2023年至2030年将以17.19%的复合年增长率（CAGR）增长，到2030年预计市场规模为120.6亿元。
在当前的行业趋势中，小型制药企业和新兴的研发型制药公司正逐渐倾向于使用一次性生物反应器。这种转变背后的主要驱动力是技术的进步以及一次性使用设备所带来的比较优势，其中影响市场增长的关键因素包括使用一次性反应器能减少生产环节的时间和成本、降低初始投资和运营成本、具备适应性强和可扩展、满足高标准的生产环境以及政府政策的促进作用等。
1.经济高效：建设周期短，初期投资低，适应快速发展的生物制药需求，助力新药审批和市场推广。2.低风险：出厂前已清洁、灭菌和验证，可直接投入使用。降低污染和交叉污染风险，简化生产。3.研发友好：在工艺开发中应用微型一次性生物反应器，能实现优异的放大效果。4.有利于MAH模式和技术转移：可使专注于药品研发的上市许可持有人更加便捷地控制GMP规范下的生产工艺和产品质量。同时，一次性系统也促进了药品研发机构的技术转移过程。一次性反应器和不锈钢反应器各有其优势和局限性，选择哪种需综合考虑生产需求、成本、规模和环境影响等因素。比较项目 | 不锈钢生物反应器 | 一次性生物反应器 |
投资成本 | 高 | 较低 |
运行维护成本 | 高 | 低 |
设备及厂房尺寸 | 大 | 小 |
CIP/SIP设施 | 重要 | 重要度低 |
验证时间及投入 | 高 | 低 |
交付时间 | 长 | 短 |
污染风险 | 高 | 低 |
灵活性 | 低 | 高 |
批次/产品间转换
| 复杂 | 简单 |
液体废物 | 多 | 少 |
固体废物 | 少 | 多 |
规模 | 不受限 | 受限 |
供应链管理、存储 | 要求低 | 要求高 |
泄露风险 | 低 | 高 |
完整性测试 | 无 | 有 |
可提取物/浸出物验证 | 无 | 有 |
一次性反应器在生物制药行业中发挥着关键作用，它们被成功地应用于包括哺乳动物和昆虫细胞培养以及微生物发酵在内的多种生物过程。
1.细胞培养：能够用于培养多种类型的细胞，包括动物、细菌和真菌，用于生产包括蛋白质、抗体和疫苗在内的生物药物。2.基因工程：在基因工程中用于生产重组蛋白、基因表达和合成RNA与DNA。其提供了一个稳定的环境，有助于提高目标分子的产量。3.细胞研究和药物筛选：进行细胞生物学研究和药物筛选的关键工具，用于研究细胞的各种生物学特性。4.科研实验室：被用于执行多种类型的实验，包括生理生化反应、酶反应和蛋白质纯化。一次性生物反应器的应用贯穿了药物开发的各个阶段，从早期研发到临床试验，直至商业化大规模生产。据行业统计，全球有超过25000个波浪式一次性生物反应器袋被用于GMP条件下的细胞扩增；同时，超过1500个单位采用一次性搅拌式生物反应器进行药品的生产活动。根据BioPlan研究调查，绝大多数 (85.2%) 生物生产工厂在生产的所有阶段都使用一次性生物反应器。▲生物制药生产中的应用：在研发或生产的所有阶段使用一次性生物反应器的受访者百分比（2006-2024年）在2024年，一次性袋子 (87.6%)、接头和卡箍 (87.6%) 以及一次性管路 (86.6%) 在所有设施中的使用率超过85%。中国一次性生物反应器市场规模在2020年为2.1亿美元，预计到2027年将达到7.9亿美元，显示出21.1%的复合年增长率。长期以来，国内生物反应器市场被国外企业所垄断，这不仅增加了国内生物制药企业的生产成本，也在一定程度上限制了行业的自主发展。然而，随着国际贸易环境的变化和国家政策的支持，国产替代的呼声日益高涨。国内企业有望凭借成本和市场优势，实现对进口产品的替代。据了解，一次性生物反应器的国产替代率目前已经至少在50%以上，甚至达到60%-70%。目前，国内企业在生物反应器领域的技术创新和市场响应上已取得初步成效。其中中生天信和通过自主研发，成功实现了一次性生物反应器工艺技术的国产化，打破了国外技术的垄断。中生天信和的一次性生物反应器具有混合效果好；可自动切换，能满足不同生长阶段DO控制工艺；装载拆卸方便等优点，产品可应用于哺乳动物、昆虫细胞培养，悬浮细胞培养，中试生产，工艺开发、优化、鉴定，Scale-UP放大研究，种子生产、扩增，以及疫苗、重组蛋白和单克隆抗体的生产工艺开发及样品生产等多种场景。▲中生天信和一次性生物反应器实物样机整体及细节图
以50L一次性反应器为例，以下为细胞培养报告数据：
1、产品特点
- 氧气、压缩空气双模式溶氧控制，可自动切换，满足不同生长阶段DO控制工艺
- 支持传统pH/DO电极以及一次性pH/DO电极，并可同时支持双pH电极、双DO电极
- 高度集成温控系统，无需外接加热设备，具有防超温功能，首次升温不超过0.2℃，控制精度±0.1°C
- 通过CFD方法对一次性生物反应器进行性能确认，结果表明反应器具备良好的氧传质能力及混合性均能，可报供较低的剪切力，均匀的加热，能满足细胞培养对生长环境的需求
- 工艺参数预设值、过程参数、故障报警、登陆登出记录、操作记录等永久储存，并可随时调阅分析。可实现互联网连接，实现手机或电脑远程监视及控制
- 开机及细胞培养过程中仪器仪表自检功能，确保细胞培养控制稳定
- 可预设断电自动重启功能；当厂区停电后恢复电力供应时，设备可自动恢复至停电前自动控制状态
- 具备过程参数定时启动、定时关闭、定时自动更改控制数据等功能
- 罐体材质：支撑容器：304ss不锈钢；培养容器；一次性生物反应袋
- 深层进气：包含氧气、二氧化碳、压缩空气三路进气(可选)
- 智能pH电极，光学DO电极，一次性电极，双电极(可选)
- 控制柜：304不锈钢控制柜，个性化设计，占地面积小，维护方便，美观
3、控制范围及精度
中生天信和（无锡）生物科技有限公司，中国先进的生物制药过程技术及解决方案的服务商和供应商，致力于提升中国生物制药上游原材料以及装备的自主可控能力，加快生物制药产业发展。公司专注于个性化细胞培养基和纸片载体的研究和生产、生物反应器工业化设计及制造、动物细胞大规模培养工艺技术研究、生物过程工艺技术开发及转让，以此为基础构建了生物制药过程技术工艺开发平台。公司通过国家高新技术企业认证、ISO9001 质量管理体系、ISO13485医疗器械质量管理体系、ISO14001环境管理体系和ISO45001职业健康安全管理体系认证，能够满足抗体、疫苗、细胞治疗等生物医药产业快速发展的动态需求。识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入
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